深入学习java源码之Thread.sleep()与 Thread.setPriority()

深入学习java源码之Thread.sleep()与 Thread.setPriority()

　　多任务：同一时刻运行多个程序的能力。每一个任务称为一个线程。可以同时运行一个以上线程的程序称为多线程程序。

　　Java编写程序都运行在在Java虚拟机（JVM）中，在JVM的内部，程序的多任务是通过线程来实现的。每用java命令启动一个java应用程序，就会启动一个JVM进程。在同一个JVM进程中，有且只有一个进程，就是它自己。在这个JVM环境中，所有程序代码的运行都是以线程来运行。

　　一般常见的Java应用程序都是单线程的。比如，用java命令运行一个最简单的HelloWorld的Java应用程序时，就启动了一个JVM进程，JVM找到程序程序的入口点main()，然后运行main()方法，这样就产生了一个线程，这个线程称之为主线程。当main方法结束后，主线程运行完成。JVM进程也随即退出 。

　　对于一个进程中的多个线程来说，多个线程共享进程的内存块，当有新的线程产生的时候，操作系统不分配新的内存，而是让新线程共享原有的进程块的内存。因此，线程间的通信很容易，速度也很快。不同的进程因为处于不同的内存块，因此进程之间的通信相对困难。

　　进程是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，一个进程中可以启动多个线程。比如在Windows系统中，一个运行的exe就是一个进程。

　　线程是指进程中的一个执行流程，一个进程可以运行多个线程。比如java.exe进程可以运行很多线程。线程总是输入某个进程，进程中的多个线程共享进程的内存。

　　Java中线程是指java.lang.Thread类的一个实例或线程的执行。使用java.lang.Thread或java.lang.Runnable接口编写代码定义、实例化、启动新线程。 　　Java中每个线程都有一个调用栈，即使不在程序中创建任何新的线程，线程也在后台运行。main()方法运行在一个线程内，称为主线程。一旦创建一个新的线程，就产生一个新的调用栈。 　　线程分为两类：用户线程和守候线程。当所有用户线程执行完毕后，JVM自动关闭。但是守候线程却不独立与JVM，守候线程一般是有操作系统或用户自己创建的。  

通过并发编程的形式可以将多核CPU的计算能力发挥到极致，性能得到提升。

在特殊的业务场景下先天的就适合于并发编程。比如在图像处理领域，一张1024X768像素的图片，包含达到78万6千多个像素。即时将所有的像素遍历一边都需要很长的时间，面对如此复杂的计算量就需要充分利用多核的计算的能力。又比如当我们在网上购物时，为了提升响应速度，需要拆分，减库存，生成订单等等这些操作，就可以进行拆分利用多线程的技术完成。面对复杂业务模型，并行程序会比串行程序更适应业务需求，而并发编程更能吻合这种业务拆分

时间片是CPU分配给各个线程的时间，因为时间非常短，所以CPU不断通过切换线程，让我们觉得多个线程是同时执行的，时间片一般是几十毫秒。而每次切换时，需要保存当前的状态起来，以便能够进行恢复先前状态，而这个切换时非常损耗性能，过于频繁反而无法发挥出多线程编程的优势。通常减少上下文切换可以采用无锁并发编程，CAS算法，使用了乐观锁，可以有效的减少一部分不必要的锁竞争带来的上下文切换，使用最少的线程和使用协程。

同步VS异步

同步和异步通常用来形容一次方法调用。同步方法调用一开始，调用者必须等待被调用的方法结束后，调用者后面的代码才能执行。而异步调用，指的是，调用者不用管被调用方法是否完成，都会继续执行后面的代码，当被调用的方法完成后会通知调用者。

并发与并行

并发和并行是十分容易混淆的概念。并发指的是多个任务交替进行，而并行则是指真正意义上的“同时进行”。实际上，如果系统内只有一个CPU，而使用多线程时，那么真实系统环境下不能并行，只能通过切换时间片的方式交替进行，而成为并发执行任务。真正的并行也只能出现在拥有多个CPU的系统中。

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的相互影响，比如一个线程占有了临界区资源，那么其他线程需要这个资源就必须进行等待该资源的释放，会导致等待的线程挂起，这种情况就是阻塞，而非阻塞就恰好相反，它强调没有一个线程可以阻塞其他线程，所有的线程都会尝试地往前运行。

临界区

临界区用来表示一种公共资源或者说是共享数据，可以被多个线程使用。但是每个线程使用时，一旦临界区资源被一个线程占有，那么其他线程必须等待。

 

实际上java程序天生就是一个多线程程序，包含了：（1）分发处理发送给给JVM信号的线程；（2）调用对象的finalize方法的线程；（3）清除Reference的线程；（4）main线程，用户程序的入口。那么，如何在用户程序中新建一个线程了，只要有三种方式：

1. 通过继承Thread类，重写run方法；

2. 通过实现runable接口；

3. 通过实现callable接口这三种方式，下面看具体demo。

public class CreateThreadDemo {
 
     public static void main(String[] args) {
         //1.继承Thread
         Thread thread = new Thread() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("继承Thread");
                 super.run();
             }
         };
         thread.start();
         //2.实现runable接口
         Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
             @Override
             public void run() {
                 System.out.println("实现runable接口");
             }
         });
         thread1.start();
         //3.实现callable接口
         ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
         Future future = service.submit(new Callable() {
             @Override
             public String call() throws Exception {
                 return "通过实现Callable接口";
             }
         });
         try {
             String result = future.get();
             System.out.println(result);
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         } catch (ExecutionException e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 
 }

三种新建线程的方式具体看以上注释，需要主要的是：

• 由于java不能多继承可以实现多个接口，因此，在创建线程的时候尽量多考虑采用实现接口的形式；
• 实现callable接口，提交给ExecutorService返回的是异步执行的结果，另外，通常也可以利用FutureTask(Callable callable)将callable进行包装然后FeatureTask提交给ExecutorsService。如图

另外由于FeatureTask也实现了Runable接口也可以利用上面第二种方式（实现Runable接口）来新建线程；

• 可以通过Executors将Runable转换成Callable，具体方法是：Callable callable(Runnable task, T result)， Callable callable(Runnable task)。

线程状态转换

线程是会在不同的状态间进行转换的，java线程线程转换图如上图所示。线程创建之后调用start()方法开始运行，当调用wait(),join(),LockSupport.lock()方法线程会进入到WAITING状态，而同样的wait(long timeout)，sleep(long),join(long),LockSupport.parkNanos(),LockSupport.parkUtil()增加了超时等待的功能，也就是调用这些方法后线程会进入TIMED_WAITING状态，当超时等待时间到达后，线程会切换到Runable的状态，另外当WAITING和TIMED _WAITING状态时可以通过Object.notify(),Object.notifyAll()方法使线程转换到Runable状态。当线程出现资源竞争时，即等待获取锁的时候，线程会进入到BLOCKED阻塞状态，当线程获取锁时，线程进入到Runable状态。线程运行结束后，线程进入到TERMINATED状态，状态转换可以说是线程的生命周期。

各种状态一目了然，值得一提的是"blocked"这个状态： 线程在Running的过程中可能会遇到阻塞(Blocked)情况

1. 调用join()和sleep()方法，sleep()时间结束或被打断，join()中断,IO完成都会回到Runnable状态，等待JVM的调度。
2. 调用wait()，使该线程处于等待池(wait blocked pool),直到notify()/notifyAll()，线程被唤醒被放到锁定池(lock blocked pool )，释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）
3. 对Running状态的线程加同步锁(Synchronized)使其进入(lock blocked pool ),同步锁被释放进入可运行状态(Runnable)。

此外，在runnable状态的线程是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。

线程状态的基本操作

除了新建一个线程外，线程在生命周期内还有需要基本操作，而这些操作会成为线程间一种通信方式，比如使用中断（interrupted）方式通知实现线程间的交互等等

interrupted

中断可以理解为线程的一个标志位，它表示了一个运行中的线程是否被其他线程进行了中断操作。中断好比其他线程对该线程打了一个招呼。其他线程可以调用该线程的interrupt()方法对其进行中断操作，同时该线程可以调用 isInterrupted（）来感知其他线程对其自身的中断操作，从而做出响应。另外，同样可以调用Thread的静态方法 interrupted（）对当前线程进行中断操作，该方法会清除中断标志位。需要注意的是，当抛出InterruptedException时候，会清除中断标志位，也就是说在调用isInterrupted会返回false。

public class InterruptDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //sleepThread睡眠1000ms
        final Thread sleepThread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                super.run();
            }
        };
        //busyThread一直执行死循环
        Thread busyThread = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) ;
            }
        };
        sleepThread.start();
        busyThread.start();
        sleepThread.interrupt();
        busyThread.interrupt();
        while (sleepThread.isInterrupted()) ;
        System.out.println("sleepThread isInterrupted: " + sleepThread.isInterrupted());
        System.out.println("busyThread isInterrupted: " + busyThread.isInterrupted());
    }
}

sleepThread isInterrupted: false
busyThread isInterrupted: true

开启了两个线程分别为sleepThread和BusyThread, sleepThread睡眠1s，BusyThread执行死循环。然后分别对着两个线程进行中断操作，可以看出sleepThread抛出InterruptedException后清除标志位，而busyThread就不会清除标志位。

另外，同样可以通过中断的方式实现线程间的简单交互， while (sleepThread.isInterrupted()) 表示在Main中会持续监测sleepThread，一旦sleepThread的中断标志位清零，即sleepThread.isInterrupted()返回为false时才会继续Main线程才会继续往下执行。因此，中断操作可以看做线程间一种简便的交互方式。一般在结束线程时通过中断标志位或者标志位的方式可以有机会去清理资源，相对于武断而直接的结束线程，这种方式要优雅和安全。

 join

join方法可以看做是线程间协作的一种方式，很多时候，一个线程的输入可能非常依赖于另一个线程的输出，这就像两个好基友，一个基友先走在前面突然看见另一个基友落在后面了，这个时候他就会在原处等一等这个基友，等基友赶上来后，就两人携手并进。其实线程间的这种协作方式也符合现实生活。在软件开发的过程中，从客户那里获取需求后，需要经过需求分析师进行需求分解后，这个时候产品，开发才会继续跟进。如果一个线程实例A执行了threadB.join(),其含义是：当前线程A会等待threadB线程终止后threadA才会继续执行。关于join方法一共提供如下这些方法:

public final synchronized void join(long millis)
public final synchronized void join(long millis, int nanos)
public final void join() throws InterruptedException

Thread类除了提供join()方法外，另外还提供了超时等待的方法，如果线程threadB在等待的时间内还没有结束的话，threadA会在超时之后继续执行。join方法源码关键是：

while (isAlive()) {
    wait(0);
 }

可以看出来当前等待对象threadA会一直阻塞，直到被等待对象threadB结束后即isAlive()返回false的时候才会结束while循环，当threadB退出时会调用notifyAll()方法通知所有的等待线程。下面用一个具体的例子来说说join方法的使用：

public class JoinDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread previousThread = Thread.currentThread();
        for (int i = 1; i = 500000 || (nanos != 0 && millis == 0)) {
            millis++;
        }

        join(millis);
    }

    public final void join() throws InterruptedException {
        join(0);
    }

    public static void dumpStack() {
        new Exception("Stack trace").printStackTrace();
    }

    public final void setDaemon(boolean on) {
        checkAccess();
        if (isAlive()) {
            throw new IllegalThreadStateException();
        }
        daemon = on;
    }

    public final boolean isDaemon() {
        return daemon;
    }

    public final void checkAccess() {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkAccess(this);
        }
    }

    public String toString() {
        ThreadGroup group = getThreadGroup();
        if (group != null) {
            return "Thread[" + getName() + "," + getPriority() + "," +
                           group.getName() + "]";
        } else {
            return "Thread[" + getName() + "," + getPriority() + "," +
                            "" + "]";
        }
    }

    @CallerSensitive
    public ClassLoader getContextClassLoader() {
        if (contextClassLoader == null)
            return null;
        SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            ClassLoader.checkClassLoaderPermission(contextClassLoader,
                                                   Reflection.getCallerClass());
        }
        return contextClassLoader;
    }

    public void setContextClassLoader(ClassLoader cl) {
        SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
        }
        contextClassLoader = cl;
    }

    public static native boolean holdsLock(Object obj);

    private static final StackTraceElement[] EMPTY_STACK_TRACE
        = new StackTraceElement[0];

    public StackTraceElement[] getStackTrace() {
        if (this != Thread.currentThread()) {
            // check for getStackTrace permission
            SecurityManager security = System.getSecurityManager();
            if (security != null) {
                security.checkPermission(
                    SecurityConstants.GET_STACK_TRACE_PERMISSION);
            }
            // optimization so we do not call into the vm for threads that
            // have not yet started or have terminated
            if (!isAlive()) {
                return EMPTY_STACK_TRACE;
            }
            StackTraceElement[][] stackTraceArray = dumpThreads(new Thread[] {this});
            StackTraceElement[] stackTrace = stackTraceArray[0];
            // a thread that was alive during the previous isAlive call may have
            // since terminated, therefore not having a stacktrace.
            if (stackTrace == null) {
                stackTrace = EMPTY_STACK_TRACE;
            }
            return stackTrace;
        } else {
            // Don't need JVM help for current thread
            return (new Exception()).getStackTrace();
        }
    }

    public static Map getAllStackTraces() {
        // check for getStackTrace permission
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkPermission(
                SecurityConstants.GET_STACK_TRACE_PERMISSION);
            security.checkPermission(
                SecurityConstants.MODIFY_THREADGROUP_PERMISSION);
        }

        // Get a snapshot of the list of all threads
        Thread[] threads = getThreads();
        StackTraceElement[][] traces = dumpThreads(threads);
        Map m = new HashMap(threads.length);
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            StackTraceElement[] stackTrace = traces[i];
            if (stackTrace != null) {
                m.put(threads[i], stackTrace);
            }
            // else terminated so we don't put it in the map
        }
        return m;
    }


    private static final RuntimePermission SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION =
                    new RuntimePermission("enableContextClassLoaderOverride");

    private static class Caches {
        /** cache of subclass security audit results */
        static final ConcurrentMap subclassAudits =
            new ConcurrentHashMap();

        /** queue for WeakReferences to audited subclasses */
        static final ReferenceQueue> ref;
        while((ref = queue.poll()) != null) {
            map.remove(ref);
        }
    }

    static class WeakClassKey extends WeakReference